Розроблення системи регулювання швидкості двигуна постійного струму автоматизованої системи вентиляції тепличного комплексу GreenFoods

Abstract

У вступі обґрунтовано актуальність автоматизації вентиляційних процесів у тепличних комплексах, з урахуванням енергозбереження, стабільності мікроклімату та забезпечення оптимальних умов для вирощування рослин. Окреслено основні вимоги до приводної системи: надійність, низька інерційність, точне регулювання швидкості обертання та економічність [1]. У першому розділі проведено огляд існуючих систем вентиляції теплиць, виявлено їхні переваги й недоліки. Проаналізовано сучасні методи керування двигунами постійного струму у вентиляційних системах. Визначено вимоги до системи регулювання швидкості та конструкції вентиляційних вузлів з урахуванням особливостей тепличного господарства [2]. Другий розділ присвячено вибору типу двигуна постійного струму як основного виконавчого механізму для вентиляції. Обґрунтовано технічний вибір на основі порівняння характеристик ДПС із колектором та безколекторних двигунів. Проведено розрахунок силового перетворювача, вибір елементів електронної схеми та визначено параметри силового кола системи. Враховано вимоги до стабільності, швидкодії та енергоефективності [3]. У третьому розділі реалізовано структурну схему системи керування швидкістю вентилятора, оптимізовано контури регулювання струму та швидкості відповідно до вимог тепличного середовища. Створено імітаційну модель у Matlab Simulink, проведено дослідження динаміки системи, зокрема в умовах змін температури й вологості [4]. Результати симуляції використано для точного налаштування ПІ-регуляторів і підтвердження працездатності системи. У четвертому розділі розглянуто правові та технічні аспекти охорони праці при експлуатації електроприводів у тепличних комплексах. Визначено небезпечні та шкідливі виробничі чинники, запропоновано заходи щодо забезпечення безпеки персоналу, а також дотримання екологічних стандартів [5]. У п’ятому розділі наведено економічне обґрунтування впровадження розробленої автоматизованої вентиляційної системи. Проведено оцінку витрат на реалізацію, обслуговування й очікувану ефективність у вигляді економії енергоресурсів та підвищення врожайності. Об’єкт дослідження – система автоматизованої вентиляції тепличного комплексу. Предмет дослідження – приводна система на базі двигуна постійного струму та її регулювання. Мета роботи – розробка енергоефективної та надійної автоматизованої системи вентиляції на базі ДПС, адаптованої до потреб сучасного тепличного виробництва.The introduction substantiates the relevance of automating ventilation processes in greenhouse complexes, taking into account energy efficiency, microclimate stability, and the creation of optimal conditions for plant cultivation. The main requirements for the drive system are outlined: reliability, low inertia, precise speed control, and cost-effectiveness [1]. Chapter One provides an overview of existing greenhouse ventilation systems, identifying their advantages and shortcomings. Modern control methods for direct current (DC) motors used in ventilation systems are analyzed. The requirements for speed control systems and the design of ventilation components are determined, considering the specific features of greenhouse farming [2]. Chapter Two is dedicated to the selection of a DC motor type as the primary actuator for ventilation. The technical choice is justified based on a comparison between brushed and brushless DC motors. The power converter is calculated, electronic circuit elements are selected, and the parameters of the power circuit are determined. Requirements for stability, response speed, and energy efficiency are taken into account [3]. In Chapter Three, the structural diagram of the fan speed control system is implemented. The current and speed control loops are optimized according to greenhouse environment requirements. A simulation model is developed in Matlab Simulink to study the system’s dynamics under varying temperature and humidity conditions [4]. The simulation results are used to fine-tune the PI controllers and confirm system operability. Chapter Four addresses legal and technical aspects of occupational safety during the operation of electric drives in greenhouse complexes. Hazardous and harmful production factors are identified, and measures to ensure personnel safety and environmental compliance are proposed [5]. Chapter Five presents the economic justification for implementing the developed automated ventilation system. The costs of implementation and maintenance are assessed, along with the expected efficiency in terms of energy savings and increased crop yield. Object of the research – automated ventilation system for greenhouse complexes. Scope of the researchy – drive system based on a direct current motor and its control. Goal of the reasearch – to develop an energy-efficient and reliable automated ventilation system based on a DC motor, tailored to the needs of modern greenhouse production.